一种防水弹性密封材料

技术领域

本发明涉及一种弹性密封材料，具体为一种具有高效耐水性能的嵌缝防水弹性密封材料。

背景技术

嵌缝防水弹性密封材料是工程防水密封系统的重要组成单元，嵌缝弹性防水密封材料质量的优劣直接影响工程的防水效果。防水工程接缝结构涉及混凝土等多孔性材料或各种金属材料，因设计、或建筑物类型的不同，嵌缝所处工况不同，选择性能保持率高的防水弹性密封材料用于嵌缝部位的密封防水粘接，不仅能抵消混凝土热胀冷缩后的膨胀余量，还能保证嵌缝密封材料与接缝基材的长期粘接性，提高嵌缝部位气密、水密的耐久性，减少建筑物工程的翻修次数，积极响应国家节能降耗的政策。

随着科研技术的发展，嵌缝防水弹性密封材料种类繁多，有有机硅类、聚硫类、改性聚硫、聚氨酯类、改性聚氨酯类等，各种材料特点各异。防水建筑物工程因地理位置、建筑物结构设计等的不同，对嵌缝材料的选材要求不同。据了解，目前防水建筑物工程中，因接缝部位为混凝土等的多孔性材料在有水工况下，无法阻隔水分渗透至嵌缝密封材料的粘结面，会导致长期浸水工况下嵌缝密封防水材料与基材的粘接性能保持率差，出现嵌缝防水密封部位需要频繁维护的问题有待改善。整体上，嵌缝防水密封材料的选材主要考虑两个方面：第一，嵌缝弹性密封材料的本体防水性；第二，长期浸水环境下，嵌缝弹性密封材料拉伸粘接强度的保持率。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种有效提高防水工程长期耐水功能的嵌缝防水弹性密封材料。

本申请提供一种防水弹性密封材料，包括：

液态聚硫橡胶，其数均分子量为1000～7500，交联度为0～2；

交联剂；

其中，交联剂为活性二氧化锰；液态聚硫橡胶与交联剂的重量比例为6～14：1；

所述液态聚硫橡胶占防水弹性密封材料总重量的25～60％，所述交联剂占防水弹性密封材料总重量的2～5％。

在一种实施方式中，本申请防水弹性密封材料还包括一种或多种添加剂，所述添加剂选自环保增塑剂、填料、偶联剂、消泡剂、着色剂和促进剂。

在一种实施方式中，所述防水弹性密封组合物包括A组分和B组分，

其中，A组分包括以A组分总重量计的以下组分：

B组分包括以B组分总重量计的以下组分：

在一种实施方式中，A组分与B组分的质量比100：6～14。

在一种实施方式中，所述偶联剂包括钛酸酯类偶联剂和硅烷类偶联剂两种；优选地，所述钛酸酯类偶联剂和硅烷类偶联剂的重量比为1～3：1。

在一种实施方式中，所述第一填料选自碳酸钙、气相二氧化硅、纳米碳酸钙、高岭土中的一种或多种；

所述第二填料选自空心微珠填料，优选地，所述第二填料为粒径为40μm的空心微珠填料。

在一种实施方式中，所述消泡剂为聚醚、聚醚改性聚硅氧烷类密封胶消泡剂中的一种或多种。

在一种实施方式中，所述环保增塑剂为苯甲酸酯、聚醚醇中的一种或多种；所述着色剂为炭黑、钛白粉中的一种或多种；所述促进剂为二苯胍、二硫代氨基甲酸锌中的一种或多种。

本发明所述的嵌缝防水弹性密封材料属于聚硫类密封材料，其可以采用A、B双组分的方式配置，其A组分体系中偶联剂采用钛酸酯类偶联剂与硅烷类偶联剂的复配方式，在保证与基材粘接性能的基础上，改善了填料的疏水性、分散性；引入轻质、高强、耐酸碱、吸收率极低且流动性好的空心微珠填料，降低了密度，提供了经济性，改善了防水性；B组分中采用活性二氧化锰作为交联剂，保证了体系的交联活性，提高了贮存稳定性。从而提高了本发明所述的嵌缝防水弹性密封材料的防水能力，改善了长期浸水工况下嵌缝防水弹性密封材料的粘接强度保持率；并且，本申请所述的嵌缝防水弹性密封材料固化后水气透过率低，防水效果好，适合于改善现有嵌缝密封弹性材料因长期浸水工况下粘接强度衰减大导致工程需频繁维护的情况，以改善防水工程的质量。所述防水工程包括隧道、桥梁、道路、污水处理池、渠道等。

附图说明

图1示出实施例1-5以及对比例1-3的不同嵌缝材料50℃贮存不同周期的适用期变化率示意图；

图2示出实施例1-5以及对比例1-3的不同嵌缝材料拉伸强度随浸水时间变化示意图；

图3示出实施例1-5以及对比例1-3的不同嵌缝材料拉伸强度变化率随浸水时间变化示意图。

具体实施方式

下面根据具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。本发明的保护范围不限于以下实施例，列举这些实例仅出于示例性目的而不以任何方式限制本发明。

本申请提供一种防水弹性密封材料，包括：

液态聚硫橡胶，其数均分子量为1000～7500，交联度为0～2；

交联剂；

其中，交联剂为PH值为活性二氧化锰；液态聚硫橡胶与交联剂的重量比例为(6～14)：1；

所述液态聚硫橡胶占防水弹性密封材料总重量的(25～60)％，所述交联剂占防水弹性密封材料总重量的(2～5)％。

本申请的防水弹性密封材料中的主体材料为液态聚硫橡胶。在一种实施方式中，所述液态聚硫橡胶的数均分子量为1000～7500，交联度为0～2。采用这样的液态聚硫橡胶具有如下优点：采用本发明所述的液态聚硫橡胶，可以制备出弹性适中，与混凝土拉伸粘接强度、变位可调范围广的聚硫类防水密封胶。

在一种实施方式中，液态聚硫橡胶可以是数均分子量为1000～7500，交联度为0～2的液态聚硫橡胶中的一种或者多种，优选是2种：

数均分子量为1000，交联度为2的液态二乙氧基-甲烷聚硫聚合物，记为液态聚硫橡胶1#。该液态聚硫橡胶1#可以购自锦西化工研究院、日本东丽株式会社或德国阿克苏诺贝尔公司中的一家或多家。

数均分子量为7500，交联度为0.5的液态二乙氧基-甲烷聚硫聚合物，记为液态聚硫橡胶2#。该液态聚硫橡胶2#可以购自锦西化工研究院、日本东丽株式会社或德国阿克苏诺贝尔公司中的一家或多家。

根据本发明的另一实施方式，所述的嵌缝防水弹性密封材料中液态聚硫橡胶1#、2#的选择及比例可根据具体工程对嵌缝防水弹性密封材料性能要求的不同进行适当调整。使用两种液态聚硫橡胶具有如下优点：通过高、低分子量液态聚硫橡胶的复配，在提高嵌缝防水弹性密封材料粘结强度、优化其弹性和变位能力的同时，优化了A组分体系粘度，改善了施工性。

在一种实施方式中，所述交联剂为活性二氧化锰。液态聚硫橡胶的交联剂一般采用金属过氧化物或变价金属氧化物，如二氧化锰、二氧化铅、过氧化钙等；其中，二氧化铅容易造成重金属中毒，不满足饮用水安全性要求；过氧化钙与可燃性物料混合会有爆炸性，易引起灼伤。市售二氧化锰产品因含量不同，在体系中表现出的氧化能力不同，即活性不同。行业内不成文的将二氧化锰含量高于80％的称为活性二氧化锰，低于80％的称为非活性二氧化锰。二氧化锰含量的测定采用碘量法进行：即在盐酸介质中，二氧化锰能定量地将碘离子氧化成碘，以淀粉为指示剂用硫代硫酸钠标准溶液滴定碘而确定二氧化锰的含量。活性二氧化锰(外观为黑色粉末)可以以天然二氧化锰为原料，经过还原、歧化、重质化等工艺制成，具有γ型晶体结构等特点，与非活性二氧化锰在结构上存在不同之处。这种活性二氧化锰也可以使用市售产品。本发明使用这种交联剂具有如下优点：避免了采用二氧化铅引起的重金属污染问题，符合饮用水安全性要求；避免了采用过氧化钙引起的安全性问题；同时，采用活性二氧化锰，提高了B组分的贮存稳定性，改善材料固化后的弹性；使得材料固化后无气孔，密封防水效果好。

在一种实施方式中，所述液态聚硫橡胶与交联剂的重量比例为(6～14)：1。在一种实施方式中，在所述防水弹性密封组合物中，液态聚硫橡胶占(25～60)wt％，所述交联剂占(2～5)％，基于防水弹性密封组合物的总重量。采用这样的比例，具有如下优点：保证了材料在规定时间内可以完全交联，避免随着使用时间的延长而持续交联，导致材料持续交联变硬，导致其稳定性、耐久性差情况的发生。

在一种实施方式中，所述防水弹性密封材料还包括一种或多种添加剂，所述添加剂选自环保增塑剂、填料、偶联剂、消泡剂、着色剂和促进剂。

在一种实施方式中，为了方便地运输和储存防水弹性密封组合物，可以将该防水弹性密封组合物分装为A、B双组分组合物，条件是液态聚硫橡胶和交联剂分别容纳于不同的组分中。例如，如果A组分包含液态聚硫橡胶，则交联剂容纳于B组分中。反之亦然。

在一种实施方式中，所述防水弹性密封组合物包括A组分和B组分，

其中，A组分包括以A组分总重量计的以下组分：

B组分包括以B组分总重量计的以下组分：

在以上实施方式中，A组分与B组分的质量比100：(6～14)。

在一种实施方式中，所述偶联剂包括钛酸酯偶联剂和硅烷类偶联剂的组合，优选地，所述钛酸酯类偶联剂和硅烷类偶联剂的重量比为(1～3)：1。使用钛酸酯偶联剂和硅烷类偶联剂的组合，能够达到这样的效果：在保证与基材粘接性能的基础上，改善了填料的疏水性、分散性，从而提高了材料体系的防水能力，改善了长期浸水工况下嵌缝防水弹性密封材料的粘接强度保持率。

所述硅烷偶联剂，例如可以为ν-巯丙基三乙氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ氨丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧-丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种。

钛酸酯类偶联剂，例如可以为单烷氧基钛酸酯偶联剂、异丙基三(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯中的一种或多种。

在一种实施方式中，所述第一填料选自碳酸钙、气相二氧化硅、纳米碳酸钙、高岭土中的一种或多种；所述第二填料选自空心微珠填料，优选地，所述第二填料为粒径为40μm的空心微珠填料。使用两种填料的组合，特别是使用空心微珠填料与其他填料的组合，能够达到这样的效果：引入空心微珠填料后，在保证防水效果前提下，降低了密度，提高了材料的触变性，降低了工程的维护成本，同时改善了工艺性能。空心微珠填料可以包括空心微珠，中空玻璃纤维等。

在一种实施方式中，所述消泡剂为聚醚、聚醚改性聚硅氧烷类密封胶消泡剂中的一种或多种。在一种实施方式中，所述环保增塑剂为苯甲酸酯、聚醚醇中的一种或多种；所述着色剂为炭黑、钛白粉中的一种或多种；所述促进剂为二苯胍、二硫代氨基甲酸锌中的一种或多种。

本发明嵌缝防水弹性密封材料固化后水气透过率低，材料自身的耐久性较水利工程使用的其他材料如改性聚硫、聚氨酯类优异，应用于防水工程可有效提高嵌缝部位防水密封的耐久性；其固含量为100％，不含重金属、溶剂及低沸点塑剂，对水体、混凝土等多孔性基材及金属基材均无污染，环保可应用于饮水工程。本申请的防水弹性密封材料适合于各种防水工程，包括隧道、桥梁、道路、污水处理池、渠道等。

实施例：本发明所述的嵌缝防水弹性密封材料A组分中主要以优选的5个实施例进行解释说明。

在以下实施例中使用如下两种液态聚硫橡胶：

①数均分子量为1000，交联度为2的液态二乙氧基-甲烷聚硫聚合物，记为液态聚硫橡胶1#，其购自日本东丽株式会社。

②数均分子量为7500，交联度为0.5的液态二乙氧基-甲烷聚硫聚合物，记为液态聚硫橡胶2#，其购自日本东丽株式会社。

在以下实施例中，使用的交联剂是活性二氧化锰；使用的空心填料为空心微珠(以下简称“空心微珠”)；使用的钛酸酯偶联剂为单烷氧基钛酸酯偶联剂；使用的硅烷偶联剂为ν-巯丙基三乙氧基硅烷。

实施例1：

用于该实施例的防水弹性密封材料的A组分包括如下组成及配比：

A组分

用于该实施例的防水弹性密封材料的B组分包括如下组成及配比：

B组分

使用时，将A、B组分按照重量比100：10组合，固化即可以得到防水弹性密封材料。

实施例2：

用于该实施例的防水弹性密封材料的A组分包括如下组成及配比：

A组分

用于该实施例的防水弹性密封材料的B组分包括如下组成及配比：

B组分

使用时，将A、B组分按照重量比100：6组合，固化即可以得到防水弹性密封材料。

实施例3：

用于该实施例的防水弹性密封材料的A组分包括如下组成及配比：

A组分

用于该实施例的防水弹性密封材料的B组分包括如下组成及配比：

B组分

使用时，将A、B组分按照重量比100：6组合，固化即可以得到防水弹性密封材料。

实施例4：

用于该实施例4的防水弹性密封材料的A组分包括如下组成及配比：

A组分

用于该实施例的防水弹性密封材料的B组分包括如下组成及配比：

B组分

使用时，将A、B组分按照重量比100：14组合，固化即可以得到防水弹性密封材料。

实施例5：

用于该实施例5的防水弹性密封材料的A组分包括如下组成及配比：

A组分

用于该实施例的防水弹性密封材料的B组分包括如下组成及配比：

B组分

使用时，将A、B组分按照重量比100：14组合，固化即可以得到防水弹性密封材料。

对比例1：

用于该实施例的防水弹性密封材料的A组分包括如下组成及配比：

A组分

用于该实施例的防水弹性密封材料的B组分包括如下组成及配比：

B组分

使用时，将A、B组分按照重量比100：10组合，固化即可以得到防水弹性密封材料。

对比例2：

用于该对比例2的防水弹性密封材料的A组分包括如下组成及配比：

A组分

用于该实施例的防水弹性密封材料的B组分包括如下组成及配比：

B组分

使用时，将A、B组分按照重量比100：10组合，固化即可以得到防水弹性密封材料。

对比例3：

用于该实施例的防水弹性密封材料的A组分包括如下组成及配比：

A组分

用于该实施例的防水弹性密封材料的B组分包括如下组成及配比：

B组分

使用时，将A、B组分按照重量比100：16组合，固化即可以得到防水弹性密封材料。

测试例：

防水工程需要通过考量材料的本体防水性以及长期浸水工况下材料与混凝土的拉伸粘接强度衰减率，对材料的适用性进行评估，同时，为施工方便会考虑材料的施工性。为说明本发明中所述嵌缝防水弹性密封材料的性能特点，将以上实施例及对比例进行如下性能测试:

①测试混合后50℃环境下的下垂度；

②不同贮存周期的适用期；

③固化后测试材料密度；

④固化后测试水气透过率；

⑤制备成混凝土－混凝土的“工”型试样浸水不同周期后直接取出测试拉伸粘接强度衰减率。

所述下垂度是指双组分密封材料在规定条件下，按产品使用规范混合均匀后，将其注入规定的下垂度模具中，在一定温度下以垂直的状态保持一定时间后，测出密封材料流出模具的长度，从而评估其流动性；所述下垂度依据GB/T 13477.6的A法进行：将制备好的试件立即垂直放置在已调整至(50±2)℃的干燥箱内，模具的延伸端向下，放置24h。然后取出，用测量尺在垂直方向上测量密封材料向下移动的距离。

表1不同嵌缝材料50℃下的下垂度数据表

所述适用期是指双组分密封材料，自混合开始计时至不适合施工的这段时间；所述适用期的测试依据GB/T 13477.3的A法或B法进行测试:将上述实施例及对比例放置与50摄氏度鼓风干燥箱内进行加速贮存，以查看每个材料的贮存稳定性，测试数据如下表1和表2：

表2不同贮存周期材料的适用期数据表

表3不同嵌缝材料不同贮存周期的适用期变化率数据表

所述密度的测试依据GB/T 533《硫化橡胶密度的测定》进行测定：将上述实施例与对比例制备成2mm厚的密实胶膜，养护24h，采用梅特勒仪器厂生产的精度为0.1mg的ML204型号分析天平进行测试，结果如下表3：

表4不同嵌缝材料固化后密度数据表

所述水气透过量测试依据GB/T 1037《塑料薄膜和片材透水蒸汽性实验方法-杯式法》进行测定。水蒸气透过量：在规定的温度、相对湿度，一定的水蒸气差和一定厚度的条件下，1m

水蒸气透过量测试方法：将上述5个实施例制备的密封材料及3个对比例制备的密封材料按照各自的使用比例混合均匀后，压制成2mm±0.2mm的薄膜，按要求进行养护。养护到期后，采用市面上购买的济南兰光机电技术有限公司生产的W3/060型水蒸气透过率测试系统进行测试，结果如下表4：

表5不同嵌缝材料固化后水蒸气透过量数据表

所述“工”型试样的制备及测试依据GB/T 13477.8《建筑密封材料试验方法第8部分：拉伸粘接性的测定》、GB/T 13477.9《建筑密封材料试验方法第9部分：浸水后拉伸粘接性的测定》，测试条件处理方式设定为：

a.标准条件养护14d；

b.标况养护14d后，标准条件下浸水4d；

c.标况养护14d后，标准条件下浸水8d；

d.标况养护14d后，标准条件下浸水16d；

e.标况养护14d后，标准条件下浸水30d；

其中，浸水测试为取出10min内测试。

测试结果如下表5：

表6不同嵌缝材料浸水不同周期后的拉伸强度数据表

图1示出了实施例1～5以及对比例1-3的不同材料不同贮存周期的适用期变化率对比图，图2示出了实施例1～5以及对比例1-3的不同材料不同浸水时间拉伸强度对比图，图3示出了实施例1～5以及对比例1-3的不同材料不同浸水时间拉伸强度变化率对比图。

以上实施例与对比例的测试数据表明：

①实施例3因采用了粒径(80μm)较大的空心微珠，导致体系的流动性偏大，下垂度较同配方比例的实施例2大，在涉及立面施工时施工性会略差；对比例1因采用非活性二氧化锰作为交联剂，导致体系活性慢、反应时间较长，受材料自身重力影响时间长，表现出下垂度偏大。

②对比例1因采用本发明范围外的非活性二氧化锰作为交联剂，对比例2的A组分因液态聚硫橡胶含量偏低，对比例3中因交联剂比例偏高，均导致其经过50℃加速贮存后，在适用期的变化方面，体现出其贮存稳定性均不如实施例1～5。

③实施例1～5、对比例1因引入空心微珠，固化后的密度均比对比例2～3小，提高了经济性；

④对比例1因非活性二氧化锰作为交联剂时，有效交联量低；对比例2因A组分中液态聚硫橡胶的含量较低，有效交联比例小；对比例3因交联剂含量超反应范围，体系内存在未固化的膏状B组分，最终均呈现出实施例1～5的水蒸气透过量数据均优于对比例1～3；即实施例1～5的材料本体密封防水性能优于对比例1～3；

⑤实施例1～5采用了合适含量的液态聚硫橡胶、活性二氧化锰作为交联剂、并采用能够改善填料疏水性的钛酸酯类偶联剂与硅烷类偶联剂复配作为增粘剂，引入轻质、高强、耐酸碱性的空心微珠后，在浸水工况下与混凝土的拉伸粘接强度保持率明显优于对比例1～3；在实施例3、5中，液态聚硫橡胶占防水弹性密封材料总重量一样，交联剂占防水弹性密封材料总重量一样，且液态聚硫橡胶与交联剂的使用比例一致的情况下，实施例3的拉伸粘接强度保持率较优；同时，实施例1中，虽然液态聚硫橡胶的占比较实施例5少，但实施例1浸水相同周期后的拉伸粘结强度保持率仍较实施例5优。可知，实施例1～5因采用钛酸酯偶联剂与硅烷类偶联剂复配的方式添加，具有更优的耐水性能保持率，钛酸酯偶联剂与硅烷类偶联剂的优化重量比为1～3：1；且液态聚硫橡胶、交联剂以及使用比例在本发明所述范围内的实施例1～5的浸水后拉伸粘接强度保持率均较不在本发明范围的对比例优，也可理解为在同一适合工况下，采用实施例1～3施工的水利工程耐久性优于对比例1～3施工的工程。

除非特别限定，本发明所用术语均为本领域技术人员通常理解的含义。

本领域技术人员应当注意的是，本发明所描述的实施方式仅仅是示范性的，可在本发明的范围内作出各种其他替换、改变和改进。因而，本发明不限于上述实施方式，而仅由权利要求限定。